New York Times 21 марта 1988 г
Секретные достижения в ядерном синтезе вызывают споры среди ученых
Уильям Дж. Броуд
В сверхсекретных экспериментах федеральные исследователи достигли одной из самых дорогостоящих и неуловимых научных целей страны: запустить реакцию ядерного синтеза в крошечных гранулах водорода, производя мощные выбросы энергии.
Успех был достигнут в нетрадиционных экспериментах около двух лет назад на правительственном подземном ядерном полигоне в пустыне Невада, по словам федеральных ученых и официальных лиц, пожелавших остаться неназванными. Результаты вызвали ожесточенный спор о том, как должна развиваться область маломасштабного синтеза.
На протяжении десятилетий сотни американских ученых пытались укротить ядерный синтез, что обошлось более чем в 2 миллиарда долларов. Сторонники говорят, что эта техника, если она будет усовершенствована, может быть использована к 1990-м годам для изучения ядерной физики, для разработки противоракетного оружия и, возможно, в следующем столетии для производства дешевой, почти безграничной электроэнергии. Прогресс рассматривается как решающий
Хотя секретное зажигание было достигнуто с помощью метода, который не имеет практического применения, он рассматривается как важный шаг вперед, который поможет определить возможность использования маломасштабного синтеза.
Тайное зажигание было достигнуто в результате отхода от основной стратегии страны, которая безуспешно пыталась использовать лучи концентрированного света от гигантских лабораторных лазеров для запуска реакции. Вместо этого синтез крошечных топливных таблеток был вызван взрывом радиации от взорвавшегося ядерного оружия. Такие секретные эксперименты, которые, как считается, никогда ранее не были обнародованы, были задуманы более десяти лет назад как способ оценить осуществимость области, известной как микросинтез.
Некоторые топливные таблетки-прототипы, стеклянные капсулы, наполненные изотопами водорода, настолько малы, что их дюжина может легко поместиться на булавочной головке. Их выходная мощность может быть эквивалентна сотням фунтов взрывчатого вещества. Практичность под вопросом
В реакции синтеза атомы соединяются, чтобы высвободить энергию, которая питает звезды и водородные бомбы. Напротив, при делении ядер тяжелые атомы, такие как уран, расщепляются на энергетические атомные бомбы и ядерные реакторы. Ключевой вопрос микрофузионной терапии — ее практичность.
К удивлению экспертов, секретное достижение в пустыне Невада потребовало больше энергии, чем ожидалось, что вызвало конфликт между федеральными учеными и правительственными чиновниками по поводу того, как продвигать
месторождение ("$160 million-a-year field", field - поприще, вложение, игра слов ясна?) стоимостью 160 миллионов долларов в год. Раскрытие результатов также, вероятно, поощрит критиков за пределами правительства, которые обвиняют микровзнывной синтез в том, что он слишком опасен, чтобы когда-либо быть практичным.
В споре некоторые ученые теперь утверждают, что национальная программа лазерного микроядерного синтеза нуждается в радикальном изменении курса, чтобы обеспечить успех. Другие ученые категорически не согласны, говоря, что ядерные испытания были нетрадиционными, но жизненно важными вехами, которые продемонстрировали осуществимость микроядерного синтеза и позволили получить ценные данные, которые помогут сделать его практичным. «Исторический поворотный момент»
Несмотря на разногласия, секретный успех, как правило, воодушевлял ученых-ядерщиков, которые о нем знают.
В дразнящем, малоизвестном заявлении в сентябре прошлого года Шелдон Кахалас, директор национального предприятия по микроядерному синтезу, находящегося в ведении Федерального министерства энергетики, заявил на конференции в Принстонском университете, что сверхсекретные усилия под кодовым названием Centurion-Halite дали результаты, которые стал «историческим поворотным моментом» для программы термоядерного синтеза. В ответ на вопросы он отказался уточнить и не упомянул роль подземных ядерных испытаний.
Однако он и другие ученые на конференции в Принстоне заявили, что страна готова приступить к планированию полномасштабной лабораторной установки микроядерного синтеза, стоимость которой, по их оценкам, составит от 500 до 1 миллиарда долларов.
«Появилось новое чувство волнения», — сказал в интервью Уильям Дж. Хоган, специалист по микроядерному синтезу в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии. «За последние два года мы получили почти все данные, которые хотели. Это замечательно. Мы как бы сами напугались». Ученые и официальные лица, имена которых указаны в этой статье, свободно говорили о споре и некоторых последствиях секретных испытаний, но отказывались обсуждать, как проводились секретные эксперименты. В целом информация о ядерном оружии и его конструкции засекречена, поскольку правительство хочет, чтобы такая информация, которая может иметь военное применение, не попала в руки иностранцев. Долгий поиск создания крошечных рукотворных солнц
На протяжении десятилетий одной из самых заветных надежд науки было конструктивное управление энергией ядерного синтеза для создания крошечных искусственных солнц. Эти миниатюрные огненные шары могут быть от сотен тысяч до миллионов раз меньше водородных бомб, что делает их достаточно ручными для использования в лабораториях и реакторах.
Из скромных начинаний в начале 1960-х годов идея микроядерного синтеза переросла в масштабную федеральную программу, сосредоточенную в основных правительственных лабораториях по разработке ядерного оружия: Ливерморской лаборатории в Калифорнии и Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Оба принадлежат Министерству энергетики.
Основной подход к микроядерному синтезу заключался в том, чтобы попытаться воспламенить топливные таблетки с помощью мощных лазеров, хотя поколения лазеров приходили и уходили, а единого мнения о том, какой из них является лучшим, не было. Чтобы воспламениться, крошечная стеклянная сфера, наполненная дейтерием и тритием, изотопами водорода, должна быть сжата до очень высокой плотности и нагрета почти до 100 миллионов градусов по Цельсию, что в несколько раз превышает температуру в центре Солнца. Настолько напряженный, что он подвергнется быстрым термоядерным реакциям, превращая водород в гелий и испуская взрывы энергии.
Чтобы уменьшить сложность фокусировки нескольких лазерных лучей на крохотной цели, ученые-оружейники окружают топливную таблетку металлическим корпусом, который преобразует когерентный лазерный свет в рентгеновское излучение, которое равномерно сжимает цель.
Несмотря на значительные усилия, воспламенения этими методами добиться не удалось. Основная проблема заключалась в отсутствии достаточной лазерной энергии.
На сегодняшний день самым мощным микрофузионным лазером в стране является Nova Ливермора, устройство стоимостью 200 миллионов долларов, размером больше футбольного поля, 10 лучей которого могут бомбардировать топливную таблетку с энергией около 100 000 джоулей. Джоуль — это примерно энергия фонарика, включенного на одну секунду.
В марте 1986 года группа экспертов Национальной академии наук заявила, что энергия, необходимая для воспламенения пеллет, может достигать 10 миллионов джоулей. В нем говорилось, что дополнительной неопределенностью является минимальная масса топлива, необходимая для воспламенения.
Наряду с такими общеизвестными усилиями и оценками сверхсекретная федеральная программа, проводимая совместно Ливермором и Лос-Аламосом, осуществляется в течение по крайней мере десяти лет для достижения воспламенения микроядерного синтеза путем использования мощности ядерного оружия, которое может производить радиацию. мощнее любого лазера. Основным выходом ядерного оружия являются рентгеновские лучи, направленные на мельчайшие топливные гранулы. Ученые спешат спроектировать полномасштабную лазерную установку
По словам федеральных ученых и официальных лиц, после многих лет неудач программа достигла своего первоначального успеха в возгорании около двух лет назад.
Что удивило некоторых из них, так это то, сколько энергии потребовалось, и насколько относительно большими должны были быть крошечные топливные гранулы, чтобы добиться воспламенения.
Точные цифры как количества требуемой энергии, так и размера гранул являются секретными. Но энергия, необходимая для того, чтобы лабораторный лазер имитировал секретное достижение, будет в диапазоне 100 миллионов джоулей, или в 10 раз больше, чем, по мнению Национальной академии наук, может быть необходимо, говорят эксперты, знакомые с экспериментами. Более того, последующие ядерные испытания на более низких уровнях энергии потерпели неудачу, хотя некоторые федеральные ученые уверены, что в конечном итоге они увенчаются успехом.
Эти данные заставили ученых поторопиться с проектированием полномасштабной лазерной установки. Так же и Министерство энергетики в прошлом году начало планировать то, что оно называет Лабораторной установкой микроядерного синтеза.
Но ядерный успех вызвал ожесточенные споры о том, как добиться микроядерного синтеза. Вопрос заключается в том, следует ли двигаться вперед с лазерами и мишенями в диапазоне от 5 до 10 миллионов джоулей, или перейти к использованию лазеров, достаточно больших, чтобы имитировать условия подземных достижений. Эксперты сходятся во мнении, что нынешнее поколение микроядерных лазеров не подходит для производства таких высоких энергий из-за непомерно высокой стоимости.
В Лос-Аламосе, уединенном высоко в горах Нью-Мексико, два физика выступили в защиту высокоэнергетического подхода и получили положительные отзывы от восьми коллег, назначенных для оценки его достоинств. Но высшее руководство лаборатории, заявив, что бюджеты слишком ограничены для реализации новой и недоказанной схемы, приказало прекратить работу над ней и уволило одного из двух ученых.
Целью оспариваемой идеи является создание гигантского лазера, работающего на водороде и газообразном фторе. Эти химические вещества взаимодействуют взрывоопасно, подобно ракетному топливу, производя тепло и свет, которые можно преобразовать в лазерные лучи. Действительно, широко распространены фтороводородные лазеры. Новый поворот, который прошел некоторые испытания, заключается в том, чтобы извлекать химическую энергию очень быстро, за миллиардные доли секунды, вызывая ее сгорание с помощью интенсивных пучков электронов. Теоретически такой лазер, если он достаточно велик, может передать цели энергию в 100 миллионов джоулей.
Ученые, стоявшие за этой идеей, П. Леонардо Маскерони и Клод Р. Фиппс, заявили, что она заслуживает серьезного изучения, и предположили, что сопротивление ей проистекает из чрезмерно рьяной приверженности статус-кво. «Это культурная вещь», — сказал доктор Маскерони, уроженец Аргентины, которого недавно уволили после девяти лет работы в Лос-Аламосе. «Они не хотят признавать что-то другое».
Должностные лица Лос-Аламоса заявили, что сокращение бюджета привело к увольнениям многих сотрудников, и что идеи доктора Маскерони оказались несостоятельными. «Не было ничего настолько убедительного, что мы подумали, что нам следует отказаться от подхода, который мы используем сейчас», — сказал Джон Э. Браун, глава оборонных программ в Лос-Аламосе.
Несмотря на официальное сопротивление, предложение по фтороводороду было положительно рассмотрено группой из восьми человек в Лос-Аламосе под председательством Грегори Х. Канавана, уважаемого старшего научного сотрудника, который ранее возглавлял работу по микроядерному синтезу в Министерстве энергетики. После двухмесячного обсуждения группа Канавана в феврале 1987 года рекомендовала, чтобы четыре-шесть ученых работали над этой идеей в течение года. Основная привлекательность, по словам группы, заключается в том, что гигантский лазер, если он будет реализован, будет в 10-20 раз дешевле в производстве, чем обычные конкуренты, работающие в диапазоне 100 миллионов джоулей. Он пришел к выводу, что успех предприятия «может принести энергию, которая может потребоваться для экспериментов по термоядерному синтезу». Текущие усилия защищены, несмотря на проблемы.
Сегодня в Лос-Аламосе говорят, что достоинства этой идеи недостаточно велики, чтобы отвлекать скудные средства от текущих усилий лаборатории по микроядерному синтезу, которые сосредоточены на лазере на фториде криптона стоимостью 60 миллионов долларов, который на сегодняшний день генерирует только 25 джоулей. Хотя лаборатория признает, что у лазера есть проблемы, она говорит, что в конечном итоге устройство будет производить 10 000 Дж.
Кроме того, федеральные ученые, отвечающие за микроядерный синтез, заявили, что воспламенение будет достигнуто при уровнях энергии намного ниже 100 миллионов джоулей, основываясь на расчетах, полученных в результате секретных испытаний.
«Мы рассматриваем эти засекреченные данные как свидетельство того, что вам не обязательно иметь столько водителя, как думали люди», — сказал доктор Хоган из Ливерморской лаборатории, добавив, что данные «довольно хорошо подтверждают наше мнение» о том, что Для воспламенения достаточно от 5 до 10 миллионов Дж.
В штаб-квартире Министерства энергетики доктор Кахалас, директор национальной программы, назвал лазерные усилия в Лос-Аламосе «разумными», а в Ливерморе — «отличными». , вероятно, будут рассмотрены и другие кандидаты в дополнение к фтороводородным лазерам.
Ученые-оружейники согласны с тем, что микроядерный синтез можно использовать для изучения физики и эффектов ядерного оружия, для усовершенствования ядерных противоракетных вооружений, таких как рентгеновский лазер, и для питания футуристических реакторов для выработки электроэнергии.
Доктор Маскерони, бывший физик из Лос-Аламоса, утверждал, что это поле настолько важно, что нация нуждается в страховом полисе на случай, если общепринятое мнение окажется неверным. Он сказал, что надеется, что спор вызовет новую проверку Национальной академией наук по микроядерному синтезу и расследование Конгресса в отношении управления этой областью.
Но представитель министерства энергетики настаивал на том, что программа является здоровой и многообещающей.
«Это имело то, что я бы назвал огромным успехом», — сказал доктор Кахалас, руководитель национального проекта. «Я никак не могу рассказать вам о секретной программе. Но мы думаем, что очень близки к тому, чтобы показать, что это осуществимо». ШАГ НАВСТРЕЧУ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ЭНЕРГИЮ СИНТЕЗА в ходе успешного секретного эксперимента изотопы водорода дейтерия и трития в крошечной таблетке подверглись бомбардировке рентгеновским излучением подземной ядерной бомбы. испытания, нагревая и сжимая их до большой плотности. Изотопы сливались, производя гелий и взрыв ядерной энергии, идентичные реакциям на солнце и водородным бомбам. Этот метод не имеет практического применения, но может помочь определить, как можно использовать энергию синтеза. Источник: Министерство энергетики.
Вариант этой статьи появился в печати 21 марта 1988 г., раздел А ,
страница 1 национального издания с заголовком: «Секретные достижения в ядерном синтезе вызывают споры среди ученых».